노인성 질환 유발하는 ‘아밀로이드 섬유화’ 억제 방법 발견
아밀로이드 섬유화는 몸속에서 다양한 기능을 수행하는 단백질이 특정한 생리적 작용을 통해 커다란 덩어리(응집체)를 형성하는 현상이다. 덩어리는 체내의 정상 세포들을 망가뜨려서 비정상적인 상태로 만든다. 알츠하이머 병, 파킨슨 병, 이형당뇨병, 해면양뇌증(광우병) 등이 아밀로이드 섬유화와 관련된 대표적인 질병이다.
연구진은 단백질의 특정 부분에 결합하는 쿠커비투[7]릴 기반의 초분자화학을 이용하여 단백질 사이의 비정상적인 상호작용을 억제할 수 있다는 사실을 밝혀냈다.
이 연구 결과는 화학분야 권위 학술지인 안게반테 케미(Angewandte chemie, IF 13.734)誌 온라인에 5월 18일 게재됐고, 연구성과의 우수성을 인정받아 표지논문(inside back cover)으로 선정되었다.
* (논문제목) 쿠커비투[7]릴을 이용한 아밀로이드 섬유화의 초분자적 억제(Supramolecular Inhibition of Amyloid Fibrillation using Cucuribt[7]uril)
* (제1저자) POSTECH 화학과 이홍희, 최태수 박사과정생
* (교신저자) IBS 복잡계 자기조립 연구단 김기문 단장, POSTECH 화학과/첨단재료과학부 김준곤 교수
이번 연구는 아밀로이드성 단백질에 있는 페닐알라닌 잔기3,4)와 쿠커비투릴 동족체 중의 하나인 쿠커비투[7]릴**이 서로 결합하여 안정한 복합체를 형성한다는 사실을 확인했다는 점에서 의미가 있다.
연구팀은 페닐알라닌 잔기가 단백질들끼리 뭉쳐 덩어리를 형성하는데 매우 결정적인 역할을 한다는 점에 착안하여 쿠커비투[7]릴과 단백질이 결합하여 복합체를 형성하였을 때 쿠커비투[7]릴의 거대한 크기가 단백질의 자가조립에 필요한 구조적 배열을 방해할 수 있다는 사실을 확인하였다.
* 잔기(residue)란 유기화합물의 중합한 상태에 있는 경우 그 화합물의 최소단위를 일컬음페닐알라닌(phenylalanine)은 단백질을 가수분해하여 얻는 화합물에 존재하는 아미노산을 이름페닐알라닌 잔기는 물과의 접촉을 피하려고 하는 소수성 잔기의 일종으로 섬유화 현상을 일으키는 단백질의 특정 부분에서 많이 발견됨. 이러한 특정 부분의 소수성 잔기들은 섬유화 과정에서 베타-평판 구조로 변환되며 매우 잘 배열된 상태의 아밀로이드 섬유를 형성함
* 쿠커비투릴(Cucurbituril)은 속이 빈 호박 모양의 나노(1㎚는 10억분의 1m)물질로 글리코루릴이라는 분자 6개가 이어진 거대한 고리화합물. 쿠커비투릴은 호박을 자른 후 속을 파낸 모양을 하고 있어 그 속에 다양한 분자나 이온을 넣을 수 있고, 이온을 붙일 수 있는 등 ‘나노캡슐’을 만들 수 있어 각광을 받고 있음
또한, 연구를 통해 단백질끼리 상호작용하며 뭉쳐지는 것보다 더 빠른 속도로 단백질과 억제물의 상호작용을 유도하여 아밀로이드 섬유화를 지연시킬 수 있다는 사실도 확인하였다.
김준곤 POSTECH 화학과/첨단재료과학부 교수는 “인간 평균수명의 연장으로 각종 퇴행성 질환들이 사회적 문제로 대두되어 왔으나 관련 연구 및 치료제 개발은 상대적으로 부족했다”며 “이번 연구성과는 향후 아밀로이드 단백질의 섬유화와 관련된 퇴행성 질환의 화학적 작용과정을 이해하고, 치료제 개발의 초석을 다지는 연구로써 의미가 깊다”고 밝혔다.
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